【文章內(nèi)容簡介】 不能研究煤氧作用的化學吸附與反應(yīng)。因此，無論靜態(tài)還是動態(tài)吸氧法對煤自燃傾向性的考察與現(xiàn)場實際是相差很遠的。（2)綜合評判預(yù)測法綜合評判預(yù)測法是采用對煤自然發(fā)火相關(guān)的各種內(nèi)外影響因素進行綜合評分的方法，其指導(dǎo)思想是：首先對煤的自燃傾向性進行鑒定，評出其分值；然后在大量統(tǒng)計分析的基礎(chǔ)上，對影響煤自然發(fā)火危險程度的外在因素進行主觀評判，給出分值；將兩者綜合相加就得出了相應(yīng)條件下的煤自然發(fā)火的總值及其分類。由于問題的復(fù)雜性，人們在給外在因素進行評分時帶有一定程度的主觀臆斷，而且各個采煤國家僅是根據(jù)本國自身的具體情況制定相應(yīng)的評判方法。但該方法是一種較為全面的預(yù)測煤層自然發(fā)火危險程度的方法，因此，前蘇聯(lián)、美國、波蘭等主要產(chǎn)煤大國都在探索研究該類方法的應(yīng)用，山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論16并取得了一些效果。尤其是波蘭已取得進展，它把復(fù)雜的外界因素歸納為地質(zhì)條件、開采條件、通風條件等七個方面因素，用 S 表示，再和煤自燃i傾向性指標 SZ (帶灰份指標)相加，即得礦井自然發(fā)火危險程度指標。 b由于煤礦開采的實際條件及其復(fù)雜，難于把影響煤層自燃危險程度的各種因素盡可能地加以兼顧且各種因素存在許多不確定性，難以用經(jīng)典數(shù)學的方法定量化，因此，為預(yù)測實際開采條件下煤層的自燃危險性，可以根據(jù)影響煤層自燃危險程度的內(nèi)外因素、煤的自燃傾向性、地質(zhì)賦存條件、通風條件、開采技術(shù)因素和預(yù)防措施等，進行主觀判斷，分析評分，然后應(yīng)用模糊數(shù)學理論，逐步聚類分析，根據(jù)標準模式，計算聚類中心，對開采煤層自燃危險程度進行綜合評判預(yù)測也可以應(yīng)用改進的 Bp 網(wǎng)絡(luò)模型，采用自適應(yīng)變步長法和改進模擬退火法等措施加快 Bp 網(wǎng)絡(luò)的收斂速度，來準確有效地預(yù)測開采煤層的自燃危險性 [11]。近年來，王省身、蔣軍成、王德明、王俊、趙向軍、李文平等人采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法預(yù)測煤層自燃危險程度 [12]，雖然他們采用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)各不相同，但均是采用影響開采煤層自燃危險性的三個主要因素，即煤炭自身的自燃傾向性，開采煤層的地質(zhì)賦存條件和開拓條件、通風技術(shù)條件，作為預(yù)測指標，再對預(yù)測指標作進一步細分，來預(yù)測煤自燃的危險程度。施式亮等用防火系數(shù)作為預(yù)測指標，建立了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的時間序列煤自然發(fā)火預(yù)測模型，來判斷自然發(fā)火程度。天水承、李紅霞應(yīng)用煤自燃傾向性、煤層厚度、煤層傾角、煤的固性系數(shù)及開采參數(shù)運用模糊聚類方法對自然發(fā)火危險性進行了分類。侯媛彬提出一種基于粗糙集神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煤自燃預(yù)測方法 [13]。該方法針對綜放面采空區(qū)，在已測到的漏風強度 Q 和煤體溫度 T 的基礎(chǔ)上，利用Rough Set（ RS)的約簡理論對測量數(shù)據(jù)約簡。在次基礎(chǔ)上構(gòu)建了一種基于山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論17粗糙集的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，然后利用該方法預(yù)測最小浮煤厚度。實測數(shù)據(jù)驗證表明，該方法比常規(guī)預(yù)測方法簡便且精度高。該方法為基于網(wǎng)絡(luò)的遠程煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)測控制系統(tǒng)奠定了良好的基礎(chǔ)。以上這些方法都是利用大量的統(tǒng)計資料，分析煤自燃主要因素的影響程度，粗略預(yù)測煤層自然發(fā)火危險程度，對發(fā)火期以及可能發(fā)火的區(qū)域則無法進行預(yù)測，所以該方法只能定性不能定量。（3)經(jīng)驗統(tǒng)計預(yù)測法經(jīng)驗統(tǒng)計預(yù)測法是建立在已發(fā)生自燃火災(zāi)事故統(tǒng)計資料基礎(chǔ)上，分析預(yù)測巷道松散煤體實際開采條件下的自燃危險程度，根據(jù)巷道自燃事故的統(tǒng)計資料分析，巷道自燃多發(fā)生在冒頂區(qū)、地質(zhì)構(gòu)造帶、沿空測、停采線附近，隨著綜放無煤柱技術(shù)的推廣，由于沿空巷道沿底板一次掘進，巷道服務(wù)時間長，相鄰采空區(qū)留有大量浮煤，且已氧化升溫，因此，巷道沿空測自然發(fā)火幾率較大。這種方法只能根據(jù)巷道實際情況和自然發(fā)火統(tǒng)計資料，粗略判斷巷道可能的發(fā)火區(qū)域和高溫點位置。該方法是基于大量統(tǒng)計資料，并在分析火災(zāi)原因的基礎(chǔ)上形成的，具有相當程度的可信度，但其難以對不同發(fā)火類型的自燃進行預(yù)測，且在時間統(tǒng)計上存在較大的偏差，僅能粗略的判斷自燃危險區(qū)域范圍 [14]。 煤層自然發(fā)火預(yù)測預(yù)報技術(shù)煤層自然發(fā)火預(yù)報技術(shù)是指在煤層開采后，根據(jù)煤自燃進程中的溫度、氣體等變化特征，判識自燃狀態(tài)，對自然發(fā)火進行識別并預(yù)警的技術(shù)。它是礦井火災(zāi)預(yù)防與處理的基礎(chǔ)，是礦井煤層火災(zāi)防治的關(guān)鍵，占有極其重要的地位 [15]。山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論18（1）指標氣體分析法煤炭自燃指標氣體是指能預(yù)測和反映其自燃發(fā)火狀態(tài)的某種氣體，這種氣體的產(chǎn)率隨煤溫的上升而發(fā)生規(guī)律性的變化。煤在氧化升溫過程中氣體的釋放因煤種、煤巖性質(zhì)、地質(zhì)條件等內(nèi)外因素的不同有差別。50 年代開始，我國煤礦在學習蘇聯(lián)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開始應(yīng)用檢測 CO 的方法來發(fā)現(xiàn)自燃火災(zāi)，其主要檢測技術(shù)為波羅克曼分析儀。進入 60 年代，開始使用色譜儀對井下煤自燃氣體進行檢測。但是使用的氣體仍然采用 CO 以及其派生氣體，氣體的分析開始試采用紅外技術(shù)。1985 年到 1995 年期間，我國煤礦自燃火災(zāi)預(yù)測預(yù)報技術(shù)和手段取得了飛速的發(fā)展，在氣體指標方面開始使用 CO， ， [16][17]三個綜合指標。國內(nèi)外相關(guān)的氣體指2HC4標如下表 所示：在氣體分析手段方面，我國 1995 年成功研制了煤礦專用 GC4008 型氣相色譜儀，可以分析煤自燃火災(zāi)的氣體產(chǎn)物，具有常量分析和微量分析指標氣體國家名稱 主要指標氣體 輔助指標氣體中國 CO、 42HCCO/△ 、 /2O6HC42俄羅斯 CO /美國 CO CO/△ 2英國 CO、 42CO/△日本 CO、 CO/△ 、 /2O6HC42波蘭、德國、法國 CO CO/△表 各國煤自燃指標氣體 [15]山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論19的功能，最小檢知濃度可達 。80 年代開始加強推廣力度研發(fā)火災(zāi)預(yù)測預(yù)報集中監(jiān)測系統(tǒng)，90 年代初成功地開發(fā)了新型 KFJ 型束管檢測系統(tǒng)，其特點是應(yīng)用電子計算機技術(shù)，并目將集中監(jiān)控箱移建井下，擴大集中監(jiān)測范圍。95 年完成的國家“八五”攻關(guān)項目一 GC85 型多參數(shù)色譜檢測系統(tǒng)能夠自動進樣一次完成火災(zāi)氣體的全組分分析，并目可與束管檢測采樣系統(tǒng)接口聯(lián)合使用。目前國內(nèi)最先進、功能最完善的束管檢測為淄博祥龍儀器的 KSS200 束管系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用最先進的色譜分析，具有獨特的編程功能和自檢功能，能夠監(jiān)測 20KM 以外的氣體，其監(jiān)測路數(shù)可達48 路以上。（2)測溫法測溫法是指利用溫度傳感器對被監(jiān)測地點進行溫度監(jiān)測以發(fā)現(xiàn)煤層發(fā)火危險程度的預(yù)報方法。此方法可以直觀地了解煤層的溫度及其發(fā)火程度，對火災(zāi)預(yù)報有重要的意義。現(xiàn)有預(yù)報煤層發(fā)火的測溫法有兩種 [17]：1)直接用檢測到的溫度進行預(yù)報；2）根據(jù)溫度的變化特性進行預(yù)報。測溫法現(xiàn)階段主要采用的儀器有：熱電偶、測溫電阻，集成溫度傳感器等。近年來普遍推廣的是測試簡單、操作方便的紅外測溫儀等。但據(jù)以往的現(xiàn)場經(jīng)驗單一的測溫法有時不能準確地預(yù)報煤層的自燃情況。（3)示蹤氣體法利用 等熱穩(wěn)定性較好的示蹤氣體測定采空區(qū)漏風量的技術(shù)已經(jīng)成6SF功應(yīng)用。根據(jù)該項技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗，可以選擇一些在某一溫度條件下易于熱解的氣體，與上述示蹤氣體在同一環(huán)境下釋放，在采樣點采樣檢測其比例變化，或測定相關(guān)分解物，從而間接了解煤層火災(zāi)隱患點的溫度值，達到預(yù)報目的。示蹤物質(zhì)的選擇對測定煤體熱狀態(tài)具有重大的影響。根據(jù)礦井的實際環(huán)境，示蹤劑的選擇應(yīng)遵循以下幾個原則：1）毒性小；2）常溫、山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論20常壓下呈氣體或易氣化處理；3）熱解前穩(wěn)定性好；4）正常礦井條件下，示蹤物質(zhì)不氧化、不反應(yīng)、不溶于水；5）分解物易被檢測；6）成本低，易獲得。（4)測氡法探測火源位置氡為放射性同位素，其衰變的子體為固體粒子，因此在測量時既可測氡氣，又可測其子體而反映母體核素的形態(tài)及變化狀況，氡子體有很強的吸附能力，它們能牢固地附著在器物表面，因此可用不同的方法將氡或其子體收集進行測量。測氡方法的種類也很多，常規(guī)的射氣測量為取氣樣方法，使氣樣進入探測器后進入測量。探測器按工作原理可分為電離室型、閃爍室型、半導(dǎo)體探測器型等。三種類型探測器都是測量氡氣及其子體衰變時放出的 a 射線。同位素測氡技術(shù)探測煤層火源位置及其范圍的應(yīng)用技術(shù)解決了煤層火災(zāi)預(yù)測預(yù)報及防治技術(shù)的難題：1）采空區(qū)高溫異常區(qū)位置及范圍的確定；2）灌漿火火打鉆定位及火火參數(shù)的選擇；3）火區(qū)下采煤的開拓開采布署；4）封閉火區(qū)內(nèi)設(shè)備的啟封與搶險中火火方案的選擇；5）大面積均壓火火參數(shù)的選擇；6）大面積煤田自燃火災(zāi)滅火方案及參數(shù)的選擇。但還有許多因素影響測氡技術(shù)探測火源的準確性，主要有：1）在氡及其子體垂直向上運移過程中，可能產(chǎn)生橫向位移，使異常點整體偏離；2）對測出異常數(shù)據(jù)的分析，還存在著一定偏差。 煤炭自然發(fā)火防治技術(shù)由于煤自燃是煤氧復(fù)合的結(jié)果，影響煤自燃的主要條件是煤的表面活性結(jié)構(gòu)濃度、氧濃度和溫度。因此，自燃火災(zāi)防治主要從三個方面著手 [18]:一是隔離煤氧接觸，使自燃火災(zāi)窒熄；二是降低煤溫使煤氧化放熱強度降低，最終使火熄滅；三是惰化煤體表面活性結(jié)構(gòu)降低煤氧復(fù)合速度，防止煤自山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論21燃的發(fā)生。目前常用的防滅火技術(shù)主要有如下幾類:惰化、堵漏、降溫等以及它們幾類的綜合，共同發(fā)揮滅火作用，最終實現(xiàn)防滅火的目的。近些年來，國內(nèi)外的一些礦井及科技部門對煤層內(nèi)因火災(zāi)進行了大量的研究與實踐，研制出了一些井下防滅火的可行技術(shù)，歸納為以下兒大類： 開拓開采方面的措施礦井開拓系統(tǒng)和采煤方法是影響煤炭自燃的重要因素，因此，在礦井設(shè)計、建設(shè)初期就應(yīng)該注意選擇合理的開拓系統(tǒng)和采煤方法。在礦井生產(chǎn)過程中更應(yīng)采取有效地開采技術(shù)措施，防止發(fā)生煤炭自然災(zāi)害以保證礦井生產(chǎn)安全正常的進行 [1]。從預(yù)防煤炭自燃的角度出發(fā)，對易自燃煤層開拓開采方法的總要求是煤炭回采率高，工作面推進速度快，盡量減少丟煤。（1）合理的進行巷道布置1）對一些服務(wù)時間較長的巷道應(yīng)盡量采用巖石巷道。開采有自燃傾向性的煤層，特別是自然發(fā)火嚴重的厚煤層，運輸大巷、回風大巷、采區(qū)上下山等服務(wù)年限長的巷道一般應(yīng)設(shè)在穩(wěn)定的巖層中，對于厚煤層分層開采，通常在煤層底板巖石中開掘區(qū)段運輸集中平巷和區(qū)段回風集中平巷或采用多組上山布置方式。布置在煤層中采用寬煤柱護巷。 2）區(qū)段煤巷采用垂直重疊布置。厚煤層分層開采時，分層區(qū)段平巷的布置過去有內(nèi)錯和外錯兩種方式，這兩種方式都容易造成煤炭自燃。內(nèi)錯式布置在采空區(qū)上下分層巷道形成的臺階煤柱內(nèi)側(cè)造成貯熱氧化易燃隅角帶。外錯式布置在下分層回采時煤柱頂煤冒落堆積也易于形成易燃帶。如果各分層巷道重疊布置可減少煤柱，從而消除了采空區(qū)浮煤自燃的基本條件。山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論223)采用無煤柱護巷方式。采用留煤柱護巷時，不但浪費煤炭資源，而且遺留在采空區(qū)中的煤柱也給自然發(fā)火創(chuàng)造了條件。采用無煤柱護巷時，取消了煤柱，也就取消了由此帶來的煤炭自燃隱患。近年來，無煤柱護巷方式已獲得廣泛應(yīng)用，將階段大巷和采區(qū)上（下）山設(shè)在煤層底板中，采用跨越式開采，不留大巷煤柱和上（下）山煤柱，已成為常規(guī)做法，區(qū)段大巷的無煤柱護巷方式也已推廣應(yīng)用，不少礦區(qū)采用沿空掘巷（或沿空留巷）方法安全的采出自燃傾向性高的煤炭，并使煤炭自然發(fā)火率明顯降低。因此，區(qū)段煤柱的無煤柱護巷方法應(yīng)大力推廣。但是，沿空側(cè)的巷道容易向相鄰采空(特別是其停采線)漏風，所以應(yīng)該采用有效方式封堵漏風通道，以防止相鄰采空區(qū)煤炭自燃。（2）堅持正規(guī)開采和合理的開采順序開采工作要設(shè)法加快工作面推進速度，提高采煤機械化程度，采用一切可能的措施提高采出率，避免在采空區(qū)中留下任何不必要的煤柱。特別是要避免將一個走向長壁工作面沿走向在其中部另開切眼，形成兩個工作面同時回采的不規(guī)范做法。否則，在開采過程中會向前部工作面采空區(qū)大量漏風，開采結(jié)束后會在采空區(qū)留下孤島煤柱。同時，要按照合理的回采順序進行開采，煤層間、區(qū)段間一般采用下行式，下山采區(qū)則采用上行式；區(qū)段內(nèi)采用后退式，盡量避免形成孤島工作面。（3）減少煤體破碎采掘工作面要破壞巖層的原始應(yīng)力狀態(tài)，產(chǎn)生應(yīng)力集中，即礦山壓力。礦山壓力作用于煤層上，會使煤體破碎，使風流能夠深入煤壁，從而增加煤體與氧氣的接觸面積，增加煤炭自燃危險性。所以，在煤炭巷道布置中，應(yīng)設(shè)法避免礦山壓力峰值，避免煤體受壓破碎。采用留煤柱護巷的區(qū)段巷道布置方式時，這一問題尤為重要，要切實搞清礦山壓力規(guī)律，選擇合適山東科技大學學士學位論文 煤炭自然發(fā)火基本理論23的區(qū)段煤柱尺寸。采區(qū)上（下）山如果設(shè)在煤層中，也要合理的選擇上（下）山煤柱尺寸。(4)選擇合理的工作面推進速度，防止浮煤自燃采空區(qū)按煤層自燃條件分為散熱帶、